Способ генерации свч шумовых колебаний


H03K3/357 - Импульсная техника (измерение импульсных характеристик G01R; механические счетчики с электрическим входом G06M; устройства для накопления /хранения/ информации вообще G11; устройства хранения и выборки информации в электрических аналоговых запоминающих устройствах G11C 27/02; конструкция переключателей для генерации импульсов путем замыкания и размыкания контактов, например с использованием подвижных магнитов, H01H; статическое преобразование электрической энергии H02M;генерирование колебаний с помощью схем, содержащих активные элементы, работающие в некоммутационном режиме, H03B; импульсная модуляция колебаний синусоидальной формы H03C;H04L ; схемы дискриминаторов с подсчетом импульсов H03D;

Владельцы патента RU 2661283:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при разработке СВЧ-аппаратуры различного назначения, в частности для шумовой радиолокации, радиовидения и медицины. Технический результат заключается в том, что при увеличении уровня модулирующего шумового низкочастотного напряжения с учетом добротности системы генератора на ЛПД обеспечивается увеличение ширины спектра СВЧ-сигнала. Способ генерации СВЧ шумовых колебаний в генераторах на лавинно-пролетном диоде заключается в том, что в цепи электропитания диода устанавливают напряжение выше пробивного и воздействуют на нее шумовым переменным низкочастотным напряжением с возможностью изменения его величины и с шириной спектра и его граничной верхней частотой не менее 3 МГц. Достоинство предлагаемого способа генерации шумовых СВЧ-колебаний заключается в том, что для его реализации нет необходимости переводить ЛПД в напряженный нелинейный режим, необходимый для нелинейной хаотизации колебаний. Генерация СВЧ-шума при использовании предлагаемого способа возможна уже при пусковом режиме одночастотной генерации. 11 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при разработке СВЧ-аппаратуры различного назначения, в частности, для шумовой радиолокации, радиовидения и медицины.

Известен способ увеличения спектральной плотности мощности сверхширокополосного источника СВЧ шумовых колебаний на лавинно-пролетном диоде (ЛПД) [1], спектр которого перекрывает весь 3 мм диапазон волн, за счет воздействия на цепь питания ЛПД внешнего импульсного сигнала.

Для достижения эффекта увеличения спектральной плотности мощности генератора питание ЛПД осуществлялось смещением на постоянную величину напряжения (меньшую на 0,1B пробивного) и наложением импульсов с длительностью 2,2 нс и амплитудой 3B. Импульсы могли подаваться с различной скважностью, период Т их повторения составлял 0,1…1,0 мкс, т.е. частота следования импульсов могла изменяться от 1.0 МГц до 10 МГц. В результате воздействующий низкочастотный сигнал представлял собой набор гармоник, т.е. имел широкополосный многочастотный спектр [2].

Это техническое решение невозможно использовать для генератора одночастотных колебаний на ЛПД (ГЛПД) с напряжением больше пробивного, так как амплитуда гармоник слишком мала.

Известен также способ генерации шумовых колебаний при наложении на напряжение питания ГЛПД СВЧ-диапазона гармонического напряжения модуляции на частотах Ω от 0.1 МГц до 1.0 МГц [3]. Недостатком такого способа генерации СВЧ шумовых колебаний является то, что ширина спектра СВЧ шумовых колебаний чрезвычайно мала и имеет большую неравномерность спектральной характеристики. Этот генератор имел как волноводно-коаксиальную конструкцию, так и микрополосковую конструкцию. При больших амплитудах модулирующего колебания и при наличии резонансного контура в цепи питания на частоте Ω/2 в высокочастотных колебаниях происходит расширение дискретного спектра генерируемых частот и при определенных условиях происходит переход к генерации СВЧ шумовых колебаний. При этом напряжение питания устанавливается выше пробивного. Этот способ является более близким к предлагаемому техническому решению. Недостатком такого способа генерации СВЧ шумовых колебаний является то, что ширина спектра СВЧ шумовых колебаний в микрополосковой конструкции даже при максимальной частоте модуляции в 1 МГц составляет всего 6 МГц. Причем на этой ширине спектра имеют место 4е максимума спектральной плотности мощности шума (СПМШ), которые от первого максимума уменьшаются по экспоненциальному закону, а разница СПМШ в минимумах и максимумах составляет более 10 дБ. В генераторе волноводно-коаксиальной конструкции при частоте модуляции 150 кГц ширина спектра в виде чередования максимумов и минимумов составила 13.5МГц, но с неравномерностью также более 10 дБ.

Задача, решаемая предлагаемым техническим решением, - устранение этих недостатков, т.е. задача увеличения ширины спектра СВЧ-сигнала и уменьшения неравномерности спектральной мощности шума. Для этого в предлагаемом техническом решении на цепь питания генератора на ЛПД (ГЛПД) СВЧ-диапазона при напряжении выше пробивного воздействуют низкочастотным шумовым напряжением с возможностью изменения его величины и с шириной спектра и его граничной верхней частотой не менее 3 МГц. При таком воздействии на цепь питания генератора одночастотных (или регулярных многочастотных) колебаний СВЧ-диапазона на ЛПД (ГЛПД) происходит подавление генерации одночастотных (или регулярных многочастотных) колебаний СВЧ-диапазона с возбуждением СВЧ шумового сигнала. Ширина спектра этого СВЧ шумового сигнала определяется режимом работы ЛПД, уровнем модулирующего шумового низкочастотного напряжения и добротностью электродинамической системы ГЛПД. При увеличении уровня модулирующего шумового напряжения ширина спектра СВЧ-шума увеличивается и вблизи пускового тока генерации зависит от добротности электродинамической системы ГЛПД и определяется ею, а по мере увеличения тока диода и перестройке генерации в ГЛПД вверх по частоте достигает ширины спектра, равной диапазону перестройки. При пусковом токе генерации спектр шумового СВЧ-сигнала имеет сначала огибающую, соответствующую узкополосной резонансной автоколебательной системе ГЛПД, и только один максимум. А затем ширина спектра СВЧ-сигнала изменяется, увеличиваясь с ростом тока от его минимального значения при пусковом токе генерации. Техническое решение поясняется: Фиг. 1, Фиг. 2а, б, в, г, Фиг. 3а, б, Фиг. 4а, б.

На Фиг. 1а, б приведен Рис. 2 из работы [3], демонстрирующий спектры генерируемых шумовых сигналов в СВЧ-диапазоне генераторов двух конструкций, о которых говорилось ранее. На Фиг. 1а приведен спектр СВЧ-сигнала генератора волноводно-коаксиальной конструкции при частоте модуляции 150 кГц. На Фиг. 1б приведен спектр СВЧ-сигнала генератора микрополосковой конструкции с метками через 10 МГц при частоте модуляции 1 МГц.

На Фиг. 2а, б, в, г, представлен результат воздействия НЧ шумового напряжения с шириной спектра 3МГц для трех его уровней (при отсутствии или малом U=0.05 В, среднем U=0.1 В, максимальном U=0.5 В) на цепь питания ГЛПД на фотографиях спектра высокочастотного (ВЧ) сигнала 7 мм диапазона волн с экрана анализатора спектра С4-60 при токе через диод 80 мА. Параметры экрана анализатора спектра С4-60 для Фиг 2а, б, в, г: масштаб 20 МГц/дел, полоса видео фильтра 10 кГц, скорость развертки 2 мсек/дел. На Фиг. 2д представлена фотография того же сигнала, что и на Фиг. 2 г, но полоса видеофильтра 100 Гц, а масштаб 50 МГц/дел. Мощность на выходе генератора 5.6 мВт и практически не меняется при изменении уровня НЧ шумового напряжения.

На Фиг. 3а приведена фотография спектра многочастотного сигнала ГЛПД с широкополосной автоколебательной системой, реализованного при рабочем токе диода, величина которого меньше рабочего тока автономной генерации широкополосного СВЧ шумового сигнала (без внешнего воздействия НЧ шумового напряжения с шириной спектра и граничной верхней частотой 3МГц).

На Фиг. 3б приведена фотография спектра ГЛПД с широкополосной автоколебательной системой, реализованного при одном и том же рабочем токе диода, что и на Фиг. 3а, под воздействием внешнего низкочастотного шумового напряжения с шириной спектра и граничной верхней частотой спектра 3 МГц.

На Фиг. 4а приведена фотография спектра воздействующего низкочастотного шумового напряжения с экрана анализатора спектра С4-27 при полосе обзора 0.3 МГц……3 МГц, а на Фиг. 4б - при полосе обзора 3 МГц……50 МГц с метками через 10 МГц.

Техническое решение реализуется следующим образом. К ЛПД, размещенному в генераторной камере (или в любой другой, например, микрополосковой автоколебательной системе), подводится электропитание от стабилизатора тока и устанавливается требуемая его величина (с учетом паспорта прибора). Элементами настройки генераторной камеры и изменением величины тока диода добиваются генерации либо одночастотных, либо многочастотных колебаний (в зависимости от желаемой ширины спектра СВЧ шумовых колебаний). Затем на цепь питания ЛПД воздействуют низкочастотным шумовым напряжением, величина которого может изменяться, с шириной спектра и его граничной верхней частотой не менее 3 МГц. При изменении постоянного тока через ЛПД (после пробоя и возникновения одночастотной генерации) изменяется, как известно, и частота генерации. При достижении пускового режима моногенерации и дальнейшем увеличении тока на вольт-амперной характеристике (ВАХ) располагается единственная рабочая точка с координатами U-I. Воздействие на цепь питания шумовым сигналом приводит к тому, что к данным значениям U и I теперь добавляется шумовая составляющая, изменяющая по случайному закону ток диода. В результате величина постоянного тока, обеспечивающая необходимую его величину для моногенерации, теперь оказывается «размазанной» по некоторому диапазону амплитуд I тока, изменяющегося по случайному закону. Это приводит к подавлению генерации на одной частоте и в зависимости от величины этого диапазона I определяет сначала (в пусковом режиме и вблизи него) генерацию узкополосного шумового сигнала, ширина которого определяется добротностью узкополосной автоколебательной системы ГЛПД. По мере увеличения рабочего тока (без внешнего НЧ шумового сигнала) до I>Iп происходит перестройка вверх частоты моногенерации от fп до f. В этом случае увеличение уровня НЧ шумового сигнала и, как следствие, диапазона изменения тока диода при достаточно большой его величине обеспечивает генерацию широкополосного шумового сигнала с шириной спектра ΔF=f-fп за счет появления носителей тока, соответствующих «пройденным» величинам тока при отсутствии модуляции. Таким образом, изменяя величину воздействующего низкочастотного шумового напряжения, изменяют ширину спектра шумового сигнала миллиметрового диапазона волн (при генерации первоначально одночастотной генерации) до величины, определяемой параметрами автоколебательной системы генератора и диапазоном перестройки частоты, связанной с диапазоном изменения рабочего тока ЛПД.

В случае генерации СВЧ широкополосного многочастотного сигнала, возникающей в результате нелинейного взаимодействия многих собственных резонансных частот широкополосной автоколебательной системы ГЛПД, воздействие на цепь электропитания ЛПД низкочастотного шумового напряжения достаточной величины с шириной спектра и его граничной верхней частотой не менее 3 МГц, приводит к генерации СВЧ шумовых колебаний с шириной спектра, равной ширине спектра многочастотного сигнала.

Но самое главное достоинство предлагаемого способа генерации шумовых СВЧ-колебаний заключается в том, что для его реализации нет необходимости переводить ЛПД в напряженный нелинейный режим, необходимый для нелинейной хаотизации колебаний. Генерация СВЧ-шума при использовании предлагаемого способа возможна уже при пусковом режиме одночастотной генерации.

ЛИТЕРАТУРА

[1]. Лошицкий П.П., Павлюченко А.В. Исследование сверхширокополосных генераторов шума миллиметрового диапазона длин волн с высоким уровнем шумов // Радиотехника и информатика. 2006. №4. С. 4-10

[2]. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. // Изд. - во «Советское радио». М., 1963. С. 48.

[3]. Кокорин И. А. Особенности режима глубокой модуляции тока питания ГЛПД // Электронная техника. Серия 1. 1984. Вып. 2. С. 25-27.

Способ генерации СВЧ шумовых колебаний в генераторах на лавинно-пролетном диоде, заключающийся в том, что в цепи электропитания лавинно-пролетного диода устанавливают напряжение выше пробивного, отличающийся тем, что изменяют ширину спектра СВЧ-колебаний, зависящую от добротности электродинамической системы генератора, посредством изменения установленного напряжения воздействием модулирующего шумового низкочастотного напряжения с изменяющейся величиной его уровня и при ширине спектра и граничной частоте не менее 3 МГц.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам приема и передачи информации по проводным линиям связи. Может быть использовано для приема и передачи импульсных сигналов произвольной длительности в системах автоматического управления и системах сбора и обработки информации.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения содержит высоковольтный источник (1) постоянного напряжения, индуктивную нагрузку (9), два управляемых ключа (7) и (12) управляемый переключатель (41), а также последовательно соединенные между собой конденсатор (31), диод (30) и дополнительный управляемый переключатель (47), управляемый преобразователем (52) длительности импульсов, поступающих от генератора (21) импульсов прямоугольной формы.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для разрушения объектов электроимпульсным способом. Технический результат - повышение эффективности выделения энергии в канале разряда в разрушаемом объекте.

Система импульсно-периодической зарядки (СИЗ) с промежуточным емкостным накопителем относится к высоковольтной импульсной технике и может быть использована при разработке мощных импульсно-периодических ускорителей электронов и СВЧ-генераторов на их основе.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при разработке средств радиоэлектронного подавления приемных устройств потребителей глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС), в частности, размещаемых на самолетах, крылатых ракетах, беспилотных летательных аппаратах, в системах высокоточного оружия и т.д.

Изобретение относится к устройству генерации случайных чисел для предоставления случайного числа. Техническим результатом является получение реального случайного числа, которое невозможно предсказать или сгенерировать при помощи аналогичного устройства.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в электротехнических и электронных устройствах для формирования импульсов напряжения, а также может применяться в измерительной технике для наладки различных цифровых устройств.

Изобретение относится к устройствам для генерации импульсов затухающих колебаний и может быть применено, в частности, в устройствах, предназначенных для зажигания газовых разрядов с целью возбуждения низкотемпературной плазмы.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат – возможность использовать магнитный усилитель в качестве электрического генератора.

Устройство относится к области ускорителей заряженных частиц, а точнее сильноточным импульсным ускорителям электронов прямого действия с индуктивным промежуточным накопителем энергии.

Изобретение относится к генераторам искусственного трафика. Технический результат заключается в обеспечении возможности имитировать поступающие пакеты в локальной сети Ethernet.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника гиперхаотических электромагнитных колебаний. Достигаемый технический результат - повышение относительных значений положительных характеристических показателей Ляпунова по сравнению с абсолютным значением отрицательного характеристического показателя Ляпунова, а также повышение точности и стабильности передаточной характеристики нелинейного усилителя напряжения и величины эквивалентного отрицательного сопротивления устройства с отрицательным сопротивлением.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника хаотических электромагнитных колебаний. Достигаемый технический результат - обеспечение возможности регулирования параметров хаотического сигнала.

Изобретение относится к области защиты информации. Техническим результатом изобретения является снижение уровня мощности маскирующей помехи при сохранении уровня эффективности защиты речевой информации от несанкционированного прослушивания.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при разработке аппаратуры миллиметрового диапазона волн различного назначения. Технический результат - повышение средней частоты спектра генерации шумовых колебаний в миллиметровом диапазоне волн.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиоизмерительной технике и в радиосистемах различного назначения в качестве опорного генератора случайного сигнала, обладающего фрактальным характером распределения вероятностных свойств.

Изобретение относится к области радиотехники. Технический результат заключается в обеспечении независимости ширины спектра от последовательности хаотических импульсов, отсутствии импульсных генераторов и возможности применения генераторов любых периодических сигналов с симметричными фронтами.

Изобретение может быть использовано в радиоизмерительной и имитационной аппаратуре, предназначенной, в частности, для определения коэффициента шума различных устройств и их калибровки.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника гиперхаотических электромагнитных колебаний. Достигаемый технический результат - расширение возможностей видоизменения хаотического аттрактора при работе генератора в гиперхаотическом режиме.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиолокации и гидролокации, в измерительной технике, в системах связи, а также для формирования тестовых и маскирующих сигналов в аудиометрии.

Группа изобретений относится к электронной схеме постоянного тока для подачи питания на нагрузку и способу ее работы. Технический результат – обеспечение защиты электронной схемы за счет ограничения входного тока и защиты от чрезмерных напряжений. Для этого предложена электронная схема постоянного тока, которая содержит конденсатор постоянного тока, пусковую цепь для ограничения входного тока до заданного уровня, которая соединена между линией питания конденсатора постоянного тока и входом, причем пусковая цепь содержит зарядный резисторный элемент, переключающий элемент, соединенный параллельно с зарядным резисторным элементом, и средство управления переключающего элемента, причем средство управления выполнено с возможностью включения упомянутого переключающего элемента, когда входной ток падает ниже заданного уровня тока, причем средство управления содержит триггерный элемент, который выполнен с возможностью обнаружения дифференциального напряжения на переключающем элементе и выключения переключающего элемента, когда обнаруженное дифференциальное напряжение поднимается выше заданного порогового напряжения. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при разработке СВЧ-аппаратуры различного назначения, в частности для шумовой радиолокации, радиовидения и медицины. Технический результат заключается в том, что при увеличении уровня модулирующего шумового низкочастотного напряжения с учетом добротности системы генератора на ЛПД обеспечивается увеличение ширины спектра СВЧ-сигнала. Способ генерации СВЧ шумовых колебаний в генераторах на лавинно-пролетном диоде заключается в том, что в цепи электропитания диода устанавливают напряжение выше пробивного и воздействуют на нее шумовым переменным низкочастотным напряжением с возможностью изменения его величины и с шириной спектра и его граничной верхней частотой не менее 3 МГц. Достоинство предлагаемого способа генерации шумовых СВЧ-колебаний заключается в том, что для его реализации нет необходимости переводить ЛПД в напряженный нелинейный режим, необходимый для нелинейной хаотизации колебаний. Генерация СВЧ-шума при использовании предлагаемого способа возможна уже при пусковом режиме одночастотной генерации. 11 ил.

Наверх